一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法

本发明涉及城市热环境遥感监测，尤其是涉及一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法。

背景技术：

1、随着全球人口激增与快速城市化，城市热岛效应(urban heat island effect，uhi)愈加严重，损害人们的健康并影响社会经济发展。城市热岛效应指的是城市中心比郊区温度高的现象。城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”。城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。形成城市热岛效应的主要因素有城市下垫面、人工热源、水气影响、空气污染、绿地减少、人口迁徙等多方面的因素。地表温度(land surface temperature，lst)作为地表城市热岛效应(surface urban heat islandeffect，suhi)的一个重要特征，可以有效表征生境变化、气候模式和人类活动引起的热环境变化。在这种情况下，城市用地导致的局部降温或升温效应会严重影响suhi，这在先前的研究中已得到证明。为探索引起suhi的诱因，缓解热环境带来的负面影响，如何度量这种城市热影响是研究的主要方向。

2、已有研究分别对城市用地产生的局部降温或升温效应进行了探索，并发现城市内的冷热点现象集中于部分城市用地类型。研究表明，城市局部降温区域主要集中于蓝绿空间。同时，相比于其他uhi缓解措施，蓝绿空间由于其遮阳和蒸散特性在气候调节、空气质量、热舒适性和社会经济都有着积极影响。另一方面，工业区域的局部升温现象对加剧suhi的贡献很大。基于部分城市研究结果发现，工业区域对城市内部lst的影响比其他用地类型更显著。工业区域的大量人为废热排放和不透水面的热容特性显著影响了地表能量平衡，进而影响城市热异质性和模式。

3、研究人员发现这种局部降温和升温效应具有相似的效应，并分别对公园和水体产生的局部降温效应和独立工厂与工业园区产生的局部升温效应进行了充分的时空论证。这种城市局部降温或升温效应被定义为目标区域地表温度低于或高于周围区域地表温度的现象。目前已提出大量指标描述这种局部降温或升温效应，这些指标包含了不同类别和不同视角。例如基于最大和累积视角，提出公园冷却强度等指数描述公园的降温效应；基于局部气候区视角，利用水体冷却强度等指标讨论了水体降温效应的异质性；基于经济理论视角，提出了效率阈值并探讨其对于公园降温效应的影响；基于季节性视角，提出工业热岛强度等指标探索了工业园区产生的升温效应。从地表能量变化角度，这种局部降温效应与局部升温效应是相似的。尽管以往研究指标全面涵盖并描述了不同类型城市用地导致的热影响，但这些指标仅针对同类别效应分别进行论证与分析。尚没有一个统一的方法框架来对比城市不同类别用地产生的降温和升温效应，这导致了不同城市用地引起的相似lst变化无法统一评估与比较。

4、现有研究往往基于特定类型用地的特性构建热影响评估曲线，限制了不同类型用地之间的热影响比较，因此阻碍了不同类型用地整体热环境策略的提出。另外，针对某一类用地构建热影响评估曲线时多基于提取的周围缓冲区半径评估其与对应地表温度关系，忽略了更具实际意义的用地周围缓冲区面积与相应地表温度交互作用的探索。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种城市热影响评价方法，能够适应不同类型用地构建热影响评估曲线，聚焦于不同类型用地之间的热影响比较，充分考虑用地周围缓冲区面积与相应地表温度交互作用，能够准确量化不同用地类型的热影响强度，使评估结果更加准确。城市管理与规划部门可根据上述热影响指标对城市用地选址进行部署，以缓解城市内部热环境污染。在城市环境治理方面具有实际意义与应用价值。

2、因此本发明采用如下的技术方案：

3、一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法，包括：基于卫星数据提取城市用地矢量边界数据；根据城市用地矢量边界数据构建多个缓冲区，其中，多个缓冲区沿城市用地的边界平行设置；基于卫星数据分别反演多个缓冲区不同季节的多个地表温度；确定每个缓冲区的平均地表温度；基于多个缓冲区的宽度以及多个平均地表温度构建城市用地热影响评估曲线；根据城市用地热影响评估曲线评估用地类型的热影响强度。

4、在一种可选的实现方式中，多个缓冲区的宽度相同。

5、在一种可选的实现方式中，多个缓冲区中相邻的两个缓冲区的边界重合设置。

6、在一种可选的实现方式中，根据城市用地矢量边界数据构建多个缓冲区包括：构建宽度为1500米的第一缓冲区；将第一缓冲区沿宽度方向等分为30个宽度为50米的缓冲区。

7、在一种可选的实现方式中，基于卫星数据分别反演多个缓冲区不同季节的多个地表温度采用如下公式：

8、

9、其中，lt表示大气顶部的辐射度或传感器处的辐射度；ts表示待计算的地表温度；ε表示地表辐射率；b(ts)表示由普朗克定律得到的黑体辐射度；和分别表示上行和下行大气辐射度；τ表示大气透射率。

10、在一种可选的实现方式中，基于卫星数据分别反演多个缓冲区不同季节的多个地表温度还包括：基于landsat 8卫星数据反演多个缓冲区不同季节的多个地表温度。

11、在一种可选的实现方式中，基于多个缓冲区的宽度以及多个缓冲区的平均地表温度构建城市用地热影响评估曲线包括：提取每个缓冲区的宽度和该缓冲区的平均地表温度数据，并将每个缓冲区的宽度和该缓冲区的平均地表温度数据设置为一对自变量和因变量；将多对自变量和因变量进行三次多项式拟合，得到城市用地热影响评估曲线。

12、在一种可选的实现方式中，根据城市用地热影响评估曲线评估用地类型的热影响强度包括：根据城市用地热影响评估曲线分别计算城市用地热影响距离、热影响强度和热影响效率；根据城市用地热影响距离、热影响强度和热影响效率评估用地类型的热影响强度。

13、本发明提供了一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法，该方法包括：基于卫星数据提取城市用地矢量边界数据；根据城市用地矢量边界数据构建多个缓冲区，其中，多个缓冲区沿城市用地的边界平行设置；基于卫星数据分别反演多个缓冲区不同季节的多个地表温度；基于多个缓冲区的宽度以及多个缓冲区的平均地表温度构建城市用地热影响评估曲线；根据城市用地热影响评估曲线评估用地类型的热影响强度。解决了现有技术中，往往基于特定类型用地的特性构建热影响评估曲线，限制了不同类型用地之间的热影响比较，因此阻碍了不同类型用地整体热环境策略的提出。另外，针对某一类用地构建热影响评估曲线时多基于提取的周围缓冲区半径评估其与对应地表温度关系，忽略了更具实际意义的用地周围缓冲区面积与相应地表温度交互作用的探索的技术问题。

技术特征：

1.一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个缓冲区的宽度相同。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个缓冲区中相邻的两个缓冲区的边界重合设置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述城市用地矢量边界数据构建多个缓冲区包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于卫星数据分别反演所述多个缓冲区不同季节的多个地表温度采用如下公式：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于卫星数据分别反演所述多个缓冲区不同季节的多个地表温度还包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述多个缓冲区的宽度以及所述多个缓冲区的平均地表温度构建城市用地热影响评估曲线包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述城市用地热影响评估曲线评估用地类型的热影响强度包括：

技术总结
本发明涉及一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法，包括：基于卫星数据提取城市用地矢量边界数据；根据城市用地矢量边界数据构建多个缓冲区，其中，多个缓冲区均沿城市用地的边界由内至外依次排列；基于卫星数据分别反演多个缓冲区不同季节的多个地表温度；基于多个缓冲区设置的宽度以及多个缓冲区的平均地表温度构建城市用地热影响评估曲线；根据城市用地热影响评估曲线评价用地类型的热影响强度。本发明提供的一种适用于不同用地类型的热影响强度评估方法能够适应不同的用地类型构建热影响评估曲线，充分考虑城市用地周围缓冲区面积与相应地表温度交互作用，能够准确量化不同用地类型的热影响强度。

技术研发人员：孟庆岩,高健峰,张琳琳,胡新礼
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13